DE4402017C2 - Verfahren zum fehlersicheren Überwachen einer Versorgungsspannung und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der beiden unabhängigen Patentansprüche. Bei solchen Verfahren werden üblicherweise "Powerfail- ICs" eingesetzt, die die Versorgung des Mikrocomputers über einen Meßeingang mit einem Grenzwert vergleichen und bei Unterspannung über den immer vorhandenen Reset-Anschluß des Mikrocomputers alle Ausgänge dieses Mikrocomputers in den sicheren Zustand versetzen und bei wiederkehrender Versorgungsspannung einen Neuanlauf des Mikrocomputers bewirken. Um eine Überspannung unschädlich zu machen, werden Zenerdioden eingesetzt, so daß über die Zenerspannung die am Mikrocomputer anliegende Spannung auf den Wert der Zenerdiode beschränkt wird.

Bei Solchen bekannten Lösungen ergibt sich der Nachteil, daß bei Ausfall der Zenerdiode oder des Powerfail-ICs eine Überwachung der Versorgungsspannung unter Umständen nicht mehr gegeben ist, und bei nachfolgender Unter- oder Überschreitung der vorgegebenen Grenzwerte der Versorgungsspannung die Ausgangssignale eines Mikrocomputers undefinierte Zustände annehmen können. Es ist daher notwendig, die Funktionen der Zenerdiode und des Powerfail- ICs zu überwachen, was nur mit besonders hohem Aufwand möglich ist. Bei der Überwachung des Powerfail-ICs treten bei Neuanlauf relativ lange Zeitpausen auf, die den Regler, in den der Mikrocomputer integriert ist, besonders langsam machen, wobei sich bei bestimmten Prozessen diese Totzeiten besonders störend auswirken können.

Weiterhin ergibt sich noch der Nachteil, daß der Reset bei einem Mikrocomputer nur bis zu einer bestimmten minimalen Versorgungsspannung des Mikrocomputers wirkt. Unterhalb dieses Span­ nungspegels können die Ausgangswerte des Mikrocomputern auf seinen Ausgangsanschlüssen nicht mehr vorhersehbare Werte und Zustände annehmen.

Mit der DE 41 25 227 A1 wurde ebenfalls eine Einrichtung zur Überwachung der Versorgungsspannung bekannt. Diese Einrichtung ist jedoch nur für intermittierende Betriebsweise geeignet, da die Schaltfähigkeit der Mittel zur Spannungsüberwachung nur im Zuge der normalen Schaltfolge durch betriebsmäßige Abschaltung der Versorgungsspannung geprüft wird. Neben diesem Nachteil erfordert sie außerdem einen übergeordneten Abschaltpfad, der bei einem Ausfall der Überwachungseinrichtung anspricht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtungen anzugeben, mit denen es einfach möglich ist, die Versorgungsspannung eines Mikrocomputers zu überwachen und die Überwachungseinrichtung zu prüfen und damit die Aktoren des Mikrocomputers vor unerwünschten Fehlzuständen zu schützen.

Die Lösung der Aufgabe liegt in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 für das Ver­ fahren und des Anspruchs 2 für die Vorrichtung.

Bei dem Verfahren wird direkt auf die Aktoren beziehungsweise die sie steuernden Leistungsend­ stufen zugegriffen, und diese werden gegebenenfalls stromlos geschaltet. Damit kann sich eine Über- oder Unterspannung für die Versorgung des Mikrocomputers nicht in falschen Schaltzu­ ständen der Aktoren äußern.

Durch die Vorrichtung ergibt sich eine schaltungstechnisch besonders einfache Lösung des Ver­ fahrensablaufes.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Merkmale der Ansprüche 3 bis 5 vorgeschla­ gen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 2 eine Schaltung für eine Unterspannungsüberwachungsstufe und

Fig. 3 eine Schaltung für eine Überspannungsüberwachungsstufe.

In allen drei Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

In einem Umlaufwasserheizer ist ein witterungsgeführter Vorlauftemperaturregler vorgesehen, der als Aktor ein Magnetventil 1 aufweist, das aus dem eigentlichen Ventilkörper 2 und einer Erreger­ spule 3 besteht. Letztere betätigt über einen Hebel 4 das eigentliche Ventil, das im Zuge einer Gasleitung 5 liegt, die zu einem Flammen 6 aufweisenden Brenner 7 führt. Es leuchtet ein, daß bei Auftreten von unzulässigen Spannungswerten im Rahmen der Regelung der Brenner 7 abge­ schaltet werden muß.

Teil des Reglers, der eine Vielzahl weiterer Komponenten aufweist, ist ein Mikrocomputer 8, der über eine Leitung 9 an eine ihn versorgende Spannungsquelle U0 über einen Spannungsregler 10 angeschaltet ist. Dieser Spannungsregler dient zur Stabilisierung der aus der Spannung U0 ge­ wonnenen Versorgungsspannung UV, die innerhalb relativ enger Toleranzen gehalten werden muß. Die Spannung UV wird von der Leitung 9 in einem Verzweigungspunkt 11 auf eine Leitung 12 gegeben, die zu einem weiteren Verzweigungspunkt 13 führt. Von dieser führen je eine Leitung 14 und 15 zu Eingängen 16 und 17 einer Überspannungsüberwachungsstufe 18 beziehungsweise einer Unterspannungsüberwachungsstufe 19. Dia Ausgänge 20 und 21 beider Überwachungsstufen sind über Leitungen 22 und 23 mit Eingängen 24 und 25 eines ODER-Gliedes 26 verbunden.

Der Mikrocomputer besitzt einen Ausgang 27, der auf einen Eingang 28 eines UND-Gliedes 29 geschaltet ist. Ein invertierender Eingang 30 dieses UND-Gliedes ist über eine Leitung 31 mit einem Ausgang 32 des ODER-Gliedes 26 verbunden. Ein Ausgang 33 des UND-Gliedes ist mit einem Eingang 34 einer Endstufe 35 verbunden, deren Ausgang 36 auf die Erregerspule des Ma­ gnetventils 1 geschaltet ist. Der Ausgang 36 ist über eine Leitung 37 mit einem Eingang des Mi­ krocomputers 8 verbunden. Ein Ausgang 38 des Mikrocomputers bildet über eine Leitung 39 einen Eingang 40 der Unterspannungsüberwachungsstufe 19, und ein weiterer Ausgang 41 ist über eine Leitung 42 mit einem Eingang 43 der Überspannungsüberwachungsstufe 18 verbunden. Die Spannung U0 am Eingang des Spannungsreglers 10 ist über eine Verzweigung 44, von der eine Leitung 45 abzweigt, mit einem Eingang 46 einer eine extreme Unterspannung erkennenden Stufe 47 verbunden, deren Ausgang 48 über eine Leitung 49 auf einen weiteren Eingang 50 des ODER- Gliedes 26 geschaltet ist. Ein weiterer Eingang 51 der Stufe 47 ist mit einem Ausgang 52 des Mikrocomputers 8 über eine Leitung 53 verbunden.

Eine Versorgungsspannung UB für die Endstufe 35 ist über eine Verzweigung 54, an die eine Leitung 55 angeschlossen ist, einer Referenzspannungsstufe 56 zugeführt, deren Ausgang 57 auf eine Leitung 58 geschaltet ist. Diese Leitung 58 ist über Leitung 59, 80 und 61 mit Eingängen sowohl der Stufe 47 wie auch der Unterspannungs- und Überspannungsüberwachungsstufe 18 und 19 verbunden. Von der Verzweigung 54 zweigt eine weitere Leitung 62 ab, die über Stichleitungen 63 und 64 mit Eingängen der Überspannungs- und Unterspannungsüberwachungsstufe 18 und 19 und über eine weitere Stichleitung 65 mit der Stufe 47 verbunden ist.

Die eben geschilderte Schaltung arbeitet wie folgt:
Solange die Spannung U0 innerhalb bestimmter Grenzen liegt, reagiert die Stufe 47 nicht, das heißt, ihr Ausgang 48 ist stromlos. Die Spannung UV wird stabilisiert, so daß die daraus resultie­ rende Spannung UV sowohl über die Leitung 9 am Mikrocomputer anliegt wie auch über die Lei­ tungen 14 und 15 den Über- und Unterspannungsüberwachungsstufe zugeführt wird. Liegt sie dort innerhalb der dort eingestellten vorgegebenen Grenzen, sind deren Ausgänge 20 und 21 stromlos. Der Ausgang 32 des ODER-Gliedes 26 ist stromlos, die auf der Leitung 27 anliegenden Signale des Mikrocomputers werden der Endstufe 35 zugeführt, bei Wärmeanforderung handelt es sich hier um ein kontinuierliches Stromsignal, das die Spule 3 des Magnetventils 1 bestromt, das heißt, der Brenner 7 kann brennen. Ob und wie lange er brennt, hängt von der bereits erwähnten Vorlauftemperaturregelung oder -steuerung ab. Es ist nun verfahrensmäßig vorgesehen, daß innerhalb dieses normalen Betriebes die Überspannungs- und Unterspannungsüberwachungs­ stufe getestet werden. Hierzu resultiert auf den Ausgängen 38 und 41 kurzzeitig periodisch jeweils ein Signal, was eine solche Unterspannung oder Überspannung der Spannung UV vortäuscht. Diese beiden Signale erscheinen nicht zum gleichen Zeitpunkt, sondern jeweils unabhängig voneinander. Im einen Fall wird demgemäß die Unterspannung simuliert, im anderen Fall die Überspannung. Die jeweils zutreffende Simulationsstufe muß ansprechen und auf ihrem Ausgang 20 oder 21 ein entsprechendes Stromsignal erzeugen. Dies bewirkt ein Durchschalten des ODER- Gliedes 26, so daß am Eingang 30 des UND-Gliedes 29 ein entsprechendes Signal anliegt, das aber invertiert wird. Das heißt, das UND-Glied sperrt für die Dauer dieses Tests. Das bedeutet, daß die Versorgungsspannung UB von der Endstufe 35 abgeschaltet wird, so daß am Ausgang 36 kurzzeitig keine Spannung herrscht. Dieser Zustand wird über die Leitung 37 dem Mikrocomputer 8 rückgemeldet. Dieser Zustand wird so kurz bemessen, daß, bedingt durch die Trägheit und die Induktivität des Magnetventils, dessen Öffnungszustand nicht unterbrochen wird. Bei der Unter­ spannungssimulation findet das gleiche statt, die Simulation der Überspannung und Unterspan­ nung findet alternierend statt. Unterschreitet nun tatsächlich die Spannung UV bestimmte Tole­ ranzen, so wird dieser aktuelle Spannungswert über die Eingänge 17 und 18 den Unter- und Überspannungsüberwachungsstufen, die auch als Prüfstuffen arbeiten, mitgeteilt. Als Folge davon wird entweder der Ausgang 20 oder der Ausgang 21 bestromt, so daß für die Dauer des Vorhan­ denseins von Über- oder Unterspannung die Endstufe 35 auf der eben beschriebenen Art und Weise stromlos oder spannungslos geschaltet wird. Damit muß das Gasventil 2 schließen.

Nimmt die Spannung U0 bereits einen unzulässig tiefen Wert an, so wird dies vorab erkannt, da dieser relativ tiefe Spannungswert über den Eingang 46 der Stufe 47 zugeführt wird. Der dann bestromte Ausgang 48 bringt über die Leitung 49 das ODER-Glied 26 zum Durchschalten und damit die Endstufe 35 zum Abschalten. Damit ist es möglich, wesentlich schneller zu reagieren, da beim Absinken der Spannung U0 die Versorgungsspannung UV noch längere Zeit innerhalb der vorgegebenen Toleranzen verweilen kann.

Die Fig. 2 zeigt die schaltungstechnische Ausbildung der Unterspannungsüberwachungsstufe 19 und der Stufe 47, wobei die Dimensionierung der Schaltungselemente geringfügig anders sein kann. Der Eingang 16 ist über einen Widerstand 88 mit einem Verzweigungspunkt 67 verbunden, der seinerseits mit einem Eingang 68 eines Komparators 69 verbunden ist, dessen Ausgang den Ausgang 20 bildet. Die Stichleitung 62 ist mit dem anderen Eingang 70 des Komparators verbun­ den. Der Eingang 40 ist der Basis 71 eines Transistors 72 zugeführt, dessen Kollektor 73 über einen Widerstand 74 mit einem Verzweigungspunkt 75 verbunden ist, der einerseits mit dem Verzweigungspunkt 67 unmittelbar und mit Masse 76 über einen Widerstand 77 verbunden ist. Der Emitter 78 des Transistors 72 liegt unmittelbar an Masse. Die beiden Widerstände 66 und 77 bilden einen Spannungsteiler für die in ihrer Höhe zu überwachende Versorgungsspannung UV. Ein hiervon über den Spannungsleiter abgeleitetes Ist-Spannungssignal liegt am Eingang des Komparators 69 an und wird mit dem über die Leitung 62 anstehenden Referenzspannungssignal verglichen. Das zyklisch vom Mikrocomputer 8 ausgelöste Testsignal liegt über die Leitung 40 an und schaltet den Transistor 72 bei Anliegen durch. Damit wird der am Eingang 68 des Komparators 69 anliegende Ist-Wert der Spannung künstlich verfälscht und eine Unterspannung vorgetäuscht.

Die in der Fig. 3 dargestellte Überspannungsüberwachungsstufe weist einen Komparator 79 auf, dessen Ausgang die Leitung 21 bildet. Ein erster Eingang des Komparators 79 ist von der Leitung 61 gebildet, ein zweiter Eingang 80 ist zu einer ersten Verzweigung 81 und einer zweiten Ver­ zweigung 82 geführt. Die erste Verzweigung führt über einen Widerstand 83 zum Emitter 84 eines Transistors 85, an dessen Basis 86 die Leitung 43 angeschlossen ist. Der Kollektor 87 des Tran­ sistors ist mit der Leitung 14 verbunden. Die Leitung 14 steht über einen Widerstand 88 mit dem Verzweigungspunkt 82 in Verbindung, der über einen weiteren Widerstand 89 mit Masse 76 ver­ bunden ist.

Die Funktion dieser Schaltung ist folgende:
Die zu messende Spannung UV wird über die Leitung 14 und den Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 88 und 89, dem Eingang 80 des Komparators 79 zugeführt. Diese Spannung beziehungsweise die von ihr über den Spannungsteiler abgeleitete Spannung wird mit der Referenzspannung 61 verglichen. Zusätzlich kann die Versorgungsspannung UV noch auf Über­ spannung simuliert werden, indem nämlich auf der Leitung 43 vom Mikrocomputer 8 ein Signal gegeben wird. Der Transistor 85 ist normalerweise gesperrt, bei Erscheinen eines Signals auf der Leitung 43 wird er leitend und erhöht den Spannungswert am Verzweigungspunkt 81 auf einen zu simulierenden Überspannungswert. Hierzu ist es notwendig, daß der Widerstandswert des Wi­ derstands 83 erheblich kleiner als der des Widerstands 88 ist.

Claims (5)

1. Verfahren zum fehlersicheren Überwachen einer Versorgungsspannung (UV) eines Aktoren (1) über je eine Leistungsendstufe (35) steuernden Mikrocomputers (8) auf Unter- oder Überschreiten vorgegebener Grenzwerte der Versorgungsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß vom Mikrocomputer (8) zu Testzwecken sowohl eine Unterspannungs- als auch eine Überspannungsüberwachungsstufe (18, 19) jeweils kurzzeitig aktiviert werden, daß die von diesen Überwachungsstufen (18, 19) abgegebenen Signale über eine ODER-Bedingung (26) der Leistungsendstufe (35) zugeführt werden, die dadurch kurzzeitig abgeschaltet wird, und daß bei Überschreiten eines oberen oder beim Unterschreiten eines unteren Grenzspannungswertes der Versorgungsspannung die Leistungsendstufe (35) solange abgeschaltet wird wie die Versorgungsspannung entweder den unteren Grenzspannungswert unter- oder den oberen Grenzwert überschreitet.

2. Vorrichtung zum Überwachen einer Versorgungsspannung (UV) eines Aktoren (1) über je eine Leistungsendstufe (35) steuernden Mikrocomputers (8) auf Unter- oder Überschreiten vor­ gegebener Spannungswerts, dadurch gekennzeichnet, daß die die Versorgungsspannung (UV) führende Leitung (9) mit Eingängen (16, 17) einer Über- und Unterspannungsstufe (18, 19) verbunden ist und daß die Ausgänge (20, 21) der Über- und Unterspannungsstufe mit Ein­ gängen (24, 25) eines ODER-Gliedes (26) verbunden sind, dessen Ausgang (32) über ein UND-Glied (29) mit der Leistungsendstufe (35) verbunden ist und daß an das UND-Glied (29) eine Steuerleitung (27) des Mikrocomputers (8) angeschlossen ist, und daß die Unter- und Überspannungsstufe (18, 19) je einen Simulationseingang (40, 43) aufweist, der mit Simulationsausgängen (38 und 41) des Mikrocomputers (8) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterspannungsstufe (19) einen Komparator (69) aufweist, dessen Ausgang (20) mit einem Eingang (25) des ODER- Gliedes (26) verbunden ist, daß an einen Eingang (70) des Komparators (69) eine Referenzspannung (62) gelegt ist, daß der andere Eingang (68) des Komparators (69) über einen Wi­ derstand (66) mit der zu überwachenden Versorgungsspannung (UV) verbunden ist und daß an einen Verbindungspunkt (67) zwischen Widerstand (66) und Eingang (68) ein Spannungs­ teiler, bestehend aus zwei Widerständen (74 und 77) mit seinem Mittelpunkt (75) gelegt ist, wobei über einen Schalttransistor (72) das eine Ende dieses Spannungsteilers mit dem Simu­ lationsausgang (38) des Mikrocomputers (8) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überspannungsstufe (18) einen Komparator (79) aufweist, dessen Ausgang (21) mit einem Eingang (24) des ODER-Gliedes (26) verbunden ist, daß an einen Eingang des Komparators (79) eine Refe­ renzspannung (61) gelegt ist, daß der andere Eingang (80) des Komparators (79) mit dem Mittelpunkt (82) eines Spannungsteilers, bestehend aus den Widerständen (88, 89) verbunden ist, der auf der einen Seite an Masse (76) und auf der anderen Seite an die in ihrer Höhe zu überwachende Versorgungsspannung (UV) gelegt ist und daß die in ihrer Höhe zu überwa­ chende Versorgungsspannung (UV) über eine Serienschaltung eines Transistors (87) und eines weiteren Widerstandes (83) mit dem anderen Eingang (80) des Komparators (79) verbunden ist, wobei die Basis (86) des Transistors (87) mit dem Simulationsausgang (41) des Mikrocomputers (8) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihrer Höhe zu überwachende Versorgungsspannung (UV) aus einer Ausgangsspannung (U0) durch einen Spannungsregler (10) gewonnen ist, daß eine Spannungsstufe (47) parallel zum Eingang des Spannungsreglers (10) an die Ausgangsspannung (U0) angeschlossen ist, wobei der Ausgang (48) der Spannungsstufe (47) über eine Leitung (49) mit einem weiteren Eingang (50) des ODER-Gliedes (26) verbunden ist und daß ein weiterer Eingang (51) der Spannungsstufe (47) mit einem weiteren Simulationsausgang (52) des Mikrocomputers (8) verbunden ist.